第八章 一维纳米材料制备ppt课件.ppt
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1、1,1,第八章 一维纳米材料的制备,1,2,1D,量子线,0D,量子点,2,纳米材料三维空间中至少有一维尺寸小于100 nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。,3,3,第一节 一维纳米材料的合成策略,一、基本概念一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度,长度为宏观尺度的新型纳米材料。二、一维纳米材料的种类纳米棒:细棒状结构,一般长径比10;纳米管:细长形状并具有空心结构,即细管状结构,3,4,4,纳米纤维:一般长径比10(纳米丝、纳米线、纳米晶须)纳米带:长宽比10,一般宽厚比3纳米电缆以及同轴纳米线:,4,5,5,三、一维纳米材料的制备途径原理:通过促进固态结构沿着一维方向的
2、结晶凝固(a)固体各向异性的晶体学结构所决定的定向生长(b)引入一个液-固界面来减少籽晶的对称性,5,6,6,(c)应用各种具有一维形貌的模板来引导一维纳米结构的形成;(d)应用合适的包敷剂控制籽晶的不同晶面的生长 速率;,6,7,7,(e)零维纳米结构的自组装;(f)减小一维微结构的尺寸。,7,8,8,模板合成法电弧法化学气相沉积法催化热解法激光烧蚀法分子束外延法,8,四、一维纳米材料的制备方法,自组装法气相法(VLS、VS机制)液相法(SLS生长机制),第二节 自组装法,一、纳米结构组装体系1.1 人工纳米结构组装体系 人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维和三维纳米结 构体系
3、1.2 纳米结构自组装体系,自然界的自组装:趋磁性细菌体内的纳米指南针,10,10,二、自组装定义,基本结构单元(原子、离子或分子、微米或更大尺度的物质);在弱的和方向性较小的非共价键(氢键、范德华键和弱的离子键)的相互作用下;自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。,10,11,自组装过程不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加,而是若干个体之间同时自发的发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体,是一 种整体的复杂的协同作用。,ZnO纳米棒,12,12,三、自组装合成粉体基本思路:纳米晶的表面特性(大的比表面积、高的表面能)表面未经修饰的纳米粒子会产生强烈的相互吸
4、引作 用,形成团簇;纳米晶的晶界间发生溶合而消失,几个小的纳米晶 形成一个大的晶,12,ZnO纳米棒,13,13,【例】使用sol-gel合成法制备出尺寸均匀、形貌规则的纳米晶;通过有机溶剂清洗或一些特殊方法去除纳米晶的表面修饰剂;经过加热或长时间静置,纳米晶粒在自身偶极-偶极作用下实现一维定向自组装。,13,ZnS纳米棒,PbSe纳米线,14,14,Spontaneous Organization of Single CdTe Nanoparticles into Luminescent Nanowires,14,四、自组装产生需要的条件:,4.1 自组装的驱动力,15,驱动力,尺寸、几何形
5、状驱动,毛细管力驱动,其它驱动,氢键驱动,范德华力驱动,表面张力驱动,16,16,4.2 自组装的导向作用分子在空间的互补性,即要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。4.3 自组装体系能量较低 自组装的动力为分子自组装提供能量,16,五、驱动力在自组装中的应用举例,5.1 氢键驱动金或银纳米粒子的表面用硫醇进行单分子层的修饰,通过硫醇分子间氢键来诱导自组装。以四齿硫醚小分子化合物修饰的金纳米粒子自组装为球状聚集体的模型图。,5.2 表面张力及毛细管力驱动,在液体的表面或体相中,通过表面张力或者毛细管力的作用,可以将一维纳米材料自发地组装为微米尺度的有序结构。,5.3 模
6、板驱动 模板诱导自组装是得到理想结构的一种十分有效的方法。【例】单壁碳纳米管在氧化硅凝胶表面进行的自组装。,5.4 静电作用驱动 静电作用力诱导的自组装氧化锌纳米棒为花状结构。,21,21,六、自组装的特点,有序性高:结构比组成部分有序性高相互作用力弱:氢键、范德华力、静电作用等组成结构复杂:包含纳米及细观结构,21,22,其他特点:1、高度有序且具有方向性;2、成膜稳定可控,且不受基底形状限制;3、制备方法简单,不需昂贵的仪器设备;4、能大面积成膜;5、能从分子水平薄膜的厚度到多层膜的结构;6、能通过精密的化学控制得到具有特殊相互作 用的表面。,七、自组装技术的分类,定向自组装(Direct
7、ed Self-assembly):采用流体、电磁场 等介质,通过外形识别等实现微元件在相应基板位置上的定向和定位,进而完成微元件的 组装分子自组装(Molecular Self-assembly):在不受外力的介入下,自行聚集、组织成规则结构的现象,24,第三节 层层自组装技术(Layer by Layer Self Assembly,LbLSA),一、定义利用逐层交替沉积的方法,借助各层分子间的弱相互作用,使层与层自发地缔和形成结构完整、性能稳定、具有某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程,二、层层自组装工艺步骤,(1)基质预处理(2)A层膜材料的吸附(3)清洗(4)B层膜材料的吸附(



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